Modelowanie procesów stokowych spełzywania i spłukiwania

Transkrypt

1 Modelowanie procesów stokowych spełzywania i spłukiwania Andrzej Traczyk Zakład Geomorfologii Instytut Geografii i Rozwoju Regionalnego

2 Plan wykładu Procesy stokowe - spełzywanie i spłukiwanie Czynniki środowiskowe Modelowanie Raster GIS Schematy postępowania Przykłady Dane / aplikacje

3 Procesy stokowe

4 Procesy stokowe

5 Procesy stokowe

6 Procesy stokowe

7 Procesy denudacyjne Obniżanie niwelacja nierówności: Procesy powierzchniowe (spełzywanie, spłukiwanie zmyw) Procesy linijne erozja (rozcinanie powierzchni)

8 Procesy denudacyjne Obniżanie niwelacja nierówności: Procesy powierzchniowe spełzywanie ruch masowy, spłukiwanie zmyw stokowy Procesy linijne rozcinanie powierzchni = erozja

9 Procesy denudacyjne Obniżanie niwelacja nierówności: Procesy powierzchniowe (spełzywanie, spłukiwanie zmyw) Procesy linijne rozcinanie powierzchni = erozja

10 Tempo przemieszczania mas Nachylenie stoku Kształt stoku Rodzaj materiału Wilgoć w podłożu Pokrycie roślinne

11 Tempo przemieszczania mas Nachylenie stoku Kształt stoku Rodzaj materiału Wilgoć w podłożu Pokrycie roślinne Dane morfometryczne /morfologiczne geomorfometria Dane środowiskowe (zasoby kartograficzne, obrazy satelitarne)

12 Procesy stokowe Katastrofalne Przykłady: Limanowa, Lanckorona, Warszawa Sekularne Przykłady: Karkonosze wędrujące bloki

16 Spełzywanie Powolne (mm cm dm /rok) przemieszanie grawitacyjne stropowych partii pokryw utworów/osadów luźnych zachodzące pod wpływem grawitacji na stokach o nachyleniu powyżej 2-4

17 Powolne ruchy grunt (Klimaszewski 1957) Strefa tropikalna cieczenie (grawitacyjne, powolne, przemieszczenie gruntu przepojonego wodą) Klimat umiarkowany - spełzywanie (jw. + zamarzanie i tajanie gruntu) Klimat zimny soliflukcja (kongeliflukcja) rozmarzanie wierzchniej warstwy gruntu

18 Powolne ruchy grunt (Klimaszewski 1957) Strefa tropikalna cieczenie (grawitacyjne, powolne, przemieszczenie gruntu przepojonego wodą) Klimat umiarkowany - spełzywanie (grawitacyjne przemieszczenie wilgotnego gruntu + zamarzanie i tajanie gruntu) Klimat zimny soliflukcja (kongeliflukcja) rozmarzanie wierzchniej warstwy gruntu

19 Powolne ruchy grunt (Klimaszewski 1957) Strefa tropikalna cieczenie (grawitacyjne, powolne, przemieszczenie gruntu przepojonego wodą) Klimat umiarkowany - spełzywanie (jw. + zamarzanie i tajanie gruntu) Klimat zimny soliflukcja (kongeliflukcja) rozmarzanie wierzchniej warstwy gruntu

20 Warunki morfologiczne Minimalne nachylenie powierzchni stokowej Maksymalne nachylenie powierzchni stokowej graniczne nachylenie dla odpadania grawitacyjnego (~ stok wolny ściana skalna)

21 Spełzywanie - przyczyny Naruszenie spójności minerałów ilastych Rozszerzenie i kurczenie (zmiana objętości) gleby/gruntu spowodowane: ogrzewaniem i ochładzaniem zamarzaniem i odmarzaniem nasiąkaniem i wysychaniem

22 Spłukiwanie Spływ stokowy pokrywowy, spływ licznymi drobnymi strużkami Wody roztopowe, wody deszczowe (bombardowanie kroplami niszczenie agregatów, ablacja właściwe spłukiwanie powierzchniowe i linijne)

23 Spłukiwanie Spływ stokowy pokrywowy, spływ licznymi drobnymi strużkami Wody roztopowe, wody deszczowe (bombardowanie kroplami niszczenie agregatów, ablacja właściwe spłukiwanie powierzchniowe i linijne)

24 Spłukiwanie Ablacja unoszenie/transport i akumulacja drobnych cząstek gleb/zwietrzeliny drobne nitki/strużki wodne (spłukiwanie linijne) Duża gęstość linii spływu równomiernie obniżanie powierzchni stokowej Koncentracja linii spływu erozja bruzdowa (żłobinowa)

27 Spłukiwanie a kształt stoków

28 Intensywność spłukiwania Nachylenie stoku Długość stoku Zwięzłość i przepuszczalność podłoża Wielkość i gwałtowność opadu/tajania Pokrywa roślinna Szczególnie intensywne spłukiwanie zmyw Pokrywy napływowe deluwialne (deluwia stokowe)

29 Model - modelowanie Model układ fizyczny (mat.-fiz.) lub opis matematyczny (model mat.) o właściwościach zbliżonych do właściwości obiektu modelowanego (Leksykon PWN, 1972) Modelowanie doświadczalna metoda badania układów oraz różnych zjawisk i procesów na podstawie badania ich modeli, np. za pomocą maszyn matematycznych

30 Model - modelowanie Model układ fizyczny (mat.-fiz.) lub opis matematyczny (model mat.) o właściwościach zbliżonych do właściwości obiektu wanego (Leksykon PWN, 1972) Modelowanie doświadczalna metoda badania układów oraz różnych zjawisk i procesów na podstawie badania ich modeli, np. za pomocą maszyn matematycznych

31 Modelowanie GIS Określenie potencjalnych stref działania/występowania zjawisk/procesów Określenie możliwych skutków działania procesów oszacowanie skali przemieszczeń mas - nieznana wielkość powierzchni czynnej aktywnej - nieznana wielkość lokalnej retencji

32 Schemat postępowania (1) Czynniki warunkujące działanie procesów morfologia/morfometria przetwarzanie DEM odsłonięcie powierzchni (użytkowanie/pokrycie roślinne) Strefy potencjalnego działania procesów

33 Schemat postępowania (1) Czynniki warunkujące działanie procesów morfologia/morfometria przetwarzanie DEM odsłonięcie powierzchni (użytkowanie/pokrycie roślinne) Strefy potencjalnego działania procesów

34 Schemat postępowania (2) Czynniki warunkujące działanie procesów morfologia/morfometria przetwarzanie DEM odsłonięcie powierzchni Strefy potencjalnego działania procesów Zależności między parametrami morfometrycznymi (nachylenie, kształt stoku) a tempem działania (dane empiryczne/ eksperymentalne) Ocena wielkości/efektów działania procesów

38 Schemat postępowania (3) Ocena intensywności/tempa działania procesów na małych powierzchniach eksperymentalnych (np.równania erozji gleb ULSE itp.) Poszukiwanie zależności między tempem działania a parametrami morfometrycznymi Ekstrapolacja na większe obszary

41 Przetwarzanie DEM Klasyfikacja stoków Klasyfikacja rzeźby

42 Geomorfometria - klasyfikacja rzeźby Geomorfometria (ang. geomorphometry): ilościowa analiza powierzchni terenu wykorzystująca numeryczne modele cyfrowe, prowadzona za pomocą aplikacji komputerowych - korzystająca z narzędzi matematycznych i informatycznych. Doorknamp & King (1971) Numerical analysis in geomorphology. (Edward Arnold) Pike, Evans & Hengl (2008) Geomorphometry: A Brief Guide. (Hengl, H.I. Reuter (red.), Geomorphometry: Concepts, Software, Applications. Developments in Soil Science).

43 Geomorfometria Wybrane algorytmy klasyfikacyjne: K-means clustering Topographic Wetness Index (TWI) Multiresolution Index of Valley Bottom Flatness (MRVBF) Topographic Position Index (TPI)

44 ILWIS algorytm k-średnich

45 SAGA Wetness Index

46 Shaded relief + Weteness Index

47 Morfostruktura

48 MRVBF

49 Topographic Position Index Klasyfikacja form terenu dokonywana przez porównanie dwóch uśrednionych DEM (bliższe, dalsze otoczenie) oraz uwzględnienie spadków Jeff Jenness: Topographic Position Index (TPI) v. 1.3a

50 DEM

51 DEM

52 Wskaźnik TPI

53 Wskaźnik TPI

54 GRASS - obliczenia

55 Wydzielenie form reklasyfikacja TPI

56 Formy rzeźby Grzbiety Dna dolin Stoki <6º Stoki >6º Spłaszczenia wierzchowinowe i dna kotlin

57 Mapa morfologiczna

58 Klasyfikacja rzeźby granitowej części Karkonoszy (obszar testowy)

59 Typy stoków granitowej części Karkonoszy (% powierzchni)

62 Modelowanie spełzywania Karkonosze

63 Badania spełzywania w Sudetach Profile kołkowe Karkonosze, Góry Stołowe Masyw Śnieżnika Okres pomiarów: (Jahn, Cielińska 1974, Jahn 1989)

64 Modelowanie spełzywania w Karkonoszach Cel: Określenie przestrzennego zróżnicowania tempa spełzywania gruntu w Karkonoszach Wyznaczenie stref zagrożeń Źródła danych: DEM o rozdzielczości 10 m Wyniki pomiarów kołokowych (A. Jahn)

65 Modelowanie spełzywania w Karkonoszach Cel: Określenie przestrzennego zróżnicowania tempa spełzywania gruntu w Karkonoszach Wyznaczenie stref zagrożeń Źródła danych: DEM o rozdzielczości 10 m Wyniki pomiarów kołokowych (A. Jahn)

66 Model spełzywania Model terenu: mapa ekspozycji mapa spadków Dane dotyczące spełzywania (Jahn 1989) zależność tempa ruchu od wysokości npm GRASS (r.mapcalc)

67 Spełzywanie potencjalne

68 Spełzywanie potencjalne

69 Ocena wyników Zbieżność stref maksymalnego spełzywania z miejscami występowania dużych fosylnych (plejstoceńskich) form soliflukcyjnych i lodowców skalnych [+] Maksymalne wartości w obrębie karów lodowcowych (stoki i ściany skalne o nachyleniach >40º) [-]

70 Śnieżne Kotły